Das Gerät und das Funktionsprinzip des Transistors

Die praktische Bedeutung des Bipolartransistors für die moderne Elektronik und Elektrotechnik kann nicht genug betont werden. Bipolartransistoren werden heute überall eingesetzt: zur Erzeugung und Verstärkung von Signalen, in elektrischen Wandlern, in Empfängern und Sendern und an vielen anderen Orten, es kann schon sehr lange dauern.

Daher werden wir im Rahmen dieses Artikels nicht auf alle möglichen Anwendungsbereiche von Bipolartransistoren eingehen, sondern nur das Gerät und das allgemeine Funktionsprinzip dieses wunderbaren Halbleiterbauelements betrachten, das ab den 1950er Jahren die gesamte Elektronikindustrie veränderte und trugen seit den 1970er Jahren wesentlich zur Beschleunigung des technischen Fortschritts bei.

Ein Bipolartransistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Elektroden, das als Basis drei Basen mit variabler Leitfähigkeit enthält. Somit gibt es Transistoren vom NPN- und PNP-Typ. Halbleitermaterialien, aus denen Transistoren hergestellt werden, sind hauptsächlich: Silizium, Germanium, Galliumarsenid und andere.

Silizium, Germanium und andere Stoffe sind zunächst Dielektrika, aber wenn man ihnen Verunreinigungen hinzufügt, werden sie zu Halbleitern. Zusätze zu Silizium wie Phosphor (ein Elektronendonator) machen Silizium zu einem Halbleiter vom N-Typ, und wenn Bor (ein Elektronenakzeptor) zu Silizium hinzugefügt wird, wird das Silizium zu einem Halbleiter vom P-Typ.

Infolgedessen verfügen Halbleiter vom N-Typ über Elektronenleitung und Halbleiter vom P-Typ über Lochleitung. Wie Sie wissen, wird die Leitfähigkeit durch die Art der aktiven Ladungsträger bestimmt.

Ein dreischichtiger Kuchen aus P-Typ- und N-Typ-Halbleitern ist also im Wesentlichen ein Bipolartransistor. An jede Schicht sind Anschlüsse angeschlossen, die Emitter, Kollektor und Basis genannt werden.

Die Basis ist eine Leitfähigkeitskontrollelektrode. Der Emitter ist die Quelle der Stromträger im Stromkreis. Der Kollektor ist der Ort, in dessen Richtung die Stromträger unter der Wirkung der auf das Gerät wirkenden EMF strömen.

Die Symbole für NPN- und PNP-Bipolartransistoren sind in den Diagrammen unterschiedlich. Diese Bezeichnungen spiegeln lediglich das Gerät und das Funktionsprinzip des Transistors im Stromkreis wider. Der Pfeil wird immer zwischen Emitter und Basis gezeichnet. Die Pfeilrichtung ist die Richtung des Steuerstroms, der in den Basis-Emitter-Kreis eingespeist wird.

Bei einem NPN-Transistor zeigt der Pfeil also von der Basis zum Emitter, was bedeutet, dass im aktiven Modus Elektronen vom Emitter zum Kollektor strömen, während der Steuerstrom von der Basis zum Emitter geleitet werden muss.

Bei einem PNP-Transistor ist es genau umgekehrt: Der Pfeil ist vom Emitter zur Basis gerichtet, was bedeutet, dass im aktiven Modus die Löcher vom Emitter zum Kollektor strömen, während der Steuerstrom vom Emitter zum Kollektor geleitet werden muss Base.

Mal sehen, warum das passiert. Wenn an die Basis eines NPN-Transistors eine konstante positive Spannung (im Bereich von 0,7 Volt) relativ zu seinem Emitter angelegt wird, ist der Basis-Emitter-pn-Übergang dieses NPN-Transistors (siehe Abbildung) in Durchlassrichtung vorgespannt und die Potentialbarriere dazwischen Der Kollektor-Basis- und Basis-Emitter-Übergang nimmt ab, jetzt können sich Elektronen unter der Wirkung der EMF im Kollektor-Emitter-Kreis durch ihn bewegen.

Bei ausreichendem Basisstrom entsteht in diesem Stromkreis ein Kollektor-Emitter-Strom, der sich mit dem Basis-Emitter-Strom sammelt. Der NPN-Transistor schaltet sich ein.

Das Verhältnis zwischen Kollektorstrom und Steuerstrom (Basis) wird als Stromverstärkung des Transistors bezeichnet. Dieser Parameter ist in der Transistordokumentation angegeben und kann zwischen Einheiten und mehreren Hundert variieren.

Wenn an die Basis eines PNP-Transistors eine konstante negative Spannung (im Bereich von -0,7 Volt) relativ zu seinem Emitter angelegt wird, ist der np-Basis-Emitter-Übergang dieses PNP-Transistors in Durchlassrichtung vorgespannt und die Potentialbarriere zwischen Kollektor und Basis und Basis-Emitter-Verbindung nehmen ab, jetzt können sich Löcher unter der Wirkung der EMF im Kollektor-Emitter-Kreis durch sie bewegen.

Beachten Sie die Polarität der Versorgung des Kollektorkreises. Bei ausreichendem Basisstrom entsteht in diesem Stromkreis ein Kollektor-Emitter-Strom, der sich mit dem Basis-Emitter-Strom sammelt. Der PNP-Transistor schaltet sich ein.

Bipolartransistoren werden häufig in verschiedenen Geräten wie Verstärkern, Barrieren oder Schaltern verwendet.

Im Boost-Modus fällt der Basisstrom nie unter den Haltestrom, wodurch der Transistor jederzeit in einem offenen leitenden Zustand bleibt. In diesem Modus lösen Schwingungen mit niedrigem Basisstrom entsprechende Schwingungen bei einem viel höheren Kollektorstrom aus.

Im Schlüsselmodus schaltet der Transistor vom geschlossenen in den offenen Zustand um und fungiert so als elektronischer Hochgeschwindigkeitsschalter. Im Barrieremodus wird durch Änderung des Basisstroms der im Kollektorkreis enthaltene Laststrom gesteuert.

Siehe auch:Elektronischer Transistorschalter – Funktionsprinzip und Schaltplan